淺談光場信息的記錄與重構
——實現景物影像真實三維顯示的新途徑

孫延祿

自上世紀50年代以來，用電子計算機研究信息處理，并將它與光學的規律、手段等結合在一起，逐漸形成了光學信息處理新領域。七十多年來，隨著科技的迅速發展，數字計算機與數字圖像傳感器的結合日益緊密，已經創造了一個強大的稱為 “計算成像”（Computational Imaging）的新工具。數字光場成像是它的一個重要組成部分。

1 光場與全光函數

光場是三維世界中光線集合的完備表示。與傳統的攝影成像只記錄光輻射在二維平面上的投影強度不同，光場成像則需要捕獲景物光輻射的完整分布，為此就需要捕捉多維度的光輻射信息并對其進行計算成像處理，最后通過不同的顯示裝置顯示出所需要的景物影像。

光場的概念最早于1936年由俄羅斯學者戈爾順（Gershun）提出，它從理論上定義了空間內每個方向上通過每個點的光輻射，但卻限于當時的技術條件無法實際測量與記錄它。1991年，埃爾森 （E.H.Adelsion）等根據人眼對外部光線的視覺感知，提出了用七維函數來表征幾何光線的空間分布，并稱之為全光函數 （Plenoptic Function）。如圖1所示，在全光函數L （x，y，z，θ，Φ，λ，t）的七個變量中，x，y，z表示空間中任一點的三維坐標，θ和Φ表示通過該點的一條光線的傳播方向，λ表示光線的波長，t則表示時間。

圖1 全光函數L的七個變量

根據文獻 [2]的論述，要在圖像感光器件只有二維的感光平面上記錄圖像全部信息，就必須至少把這七個變量中的五個先離散化 （即把它們連續變化的量替換為離散的數列）。隨著影視技術的發展，已經逐步解決了這個問題。……